Topological signals are variables or features associated with both nodes and edges of a network. Recently, in the context of Topological Machine Learning, great attention has been devoted to signal processing of such topological signals. Most of the previous topological signal processing algorithms treat node and edge signals separately and work under the hypothesis that the true signal is smooth and/or well approximated by a harmonic eigenvector of the Hodge-Laplacian, which may be violated in practice. Here we propose Dirac-equation signal processing, a framework for efficiently reconstructing true signals on nodes and edges, also if they are not smooth or harmonic, by processing them jointly. The proposed physics-inspired algorithm is based on the spectral properties of the topological Dirac operator. It leverages the mathematical structure of the topological Dirac equation to boost the performance of the signal processing algorithm. We discuss how the relativistic dispersion relation obeyed by the topological Dirac equation can be used to assess the quality of the signal reconstruction. Finally, we demonstrate the improved performance of the algorithm with respect to previous algorithms. Specifically, we show that Dirac-equation signal processing can also be used efficiently if the true signal is a non-trivial linear combination of more than one eigenstate of the Dirac equation, as it generally occurs for real signals.


翻译:拓扑信号是与网络节点和边相关联的变量或特征。近年来,在拓扑机器学习的背景下,此类拓扑信号的信号处理受到了极大关注。以往大多数拓扑信号处理算法将节点信号与边信号分开处理,并基于真实信号具有平滑性和/或可由霍奇-拉普拉斯算子的调和特征向量良好逼近的假设,而这一假设在实践中可能并不成立。本文提出狄拉克方程信号处理框架,通过联合处理节点与边信号,能够高效重构真实信号——即使这些信号既不平滑也不调和。该受物理学启发的算法基于拓扑狄拉克算子的谱特性,利用拓扑狄拉克方程的数学结构来提升信号处理算法的性能。我们讨论了拓扑狄拉克方程遵循的相对论性色散关系如何用于评估信号重构的质量。最后,我们通过实验证明该算法相较于以往算法的性能提升。具体而言,我们展示了当真实信号是狄拉克方程多个本征态的非平凡线性组合时(真实信号通常满足此条件),狄拉克方程信号处理仍能保持高效处理能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2023年2月7日
Arxiv
58+阅读 · 2021年11月15日
Arxiv
58+阅读 · 2021年5月3日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
VIP会员
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员